钙渣-芒硝协同激发煤气化渣基胶凝材料制备低碳充填体的研究

本研究创新性地利用电石渣(CCR)和芒硝(GS)协同激活煤气化渣(CGS)与粒化高炉矿渣(GGBS)，成功制备出全固废无熟料充填材料。通过多尺度表征技术(XRD、FTIR、TG等)揭示了Ca2+/Al3+协同作用下水化产物AFt(钙矾石)与C-S-H(水化硅酸钙)凝胶的共生机制，实现7d/28d强度分别达1.59/3.19 MPa。相比传统水泥，该材料成本降低54.5%，碳足迹减少88.4%，为矿业固废高值化利用提供了低碳解决方案。

　　

Highlight

本研究采用电石渣(CCR)和芒硝(GS)协同激发煤气化渣(CGS)与粒化高炉矿渣(GGBS)，成功制备出全固废无熟料充填体。通过优化配比，材料7天和28天抗压强度分别达到1.59 MPa和3.19 MPa。CCR-GS的"碱性环境+离子供给"双重激活机制，同步促进了钙矾石(AFt)和水化硅酸钙(C-S-H)凝胶的生成，使孔隙结构致密化。

Section snippets

原材料

实验所用CGS来自陕西榆林气化厂，比表面积476 m²/kg，经400℃煅烧除碳后湿磨90分钟获得。GGBS和CCR采自沈阳化工厂，GS提供关键SO₄^2-离子。

凝结时间

不同活化剂掺量下，试样初凝时间50-80分钟，终凝时间85-210分钟，符合中国标准GB/T 1346-2011要求。

CCR/GS协同激活机制

CGS的高碳低活性特性通过碱性激活得以改善。研究发现CCR提供Ca²⁺构建碱性环境，GS的SO₄^2-促进AFt形成，与C-S-H凝胶共同优化微观结构，这是强度提升的关键。

Conclusions

该研究证实CCR-GS能有效激活CGS-GGBS体系，制备的充填体在成本降低54.5%的同时，碳足迹减少88.4%，为矿业固废资源化提供了低碳解决方案。通过XRD、TGA-DTG等多尺度表征，揭示了"离子协同-产物共生-结构致密化"的激活机制。